CN101470107B - 一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪及其测试方法 - Google Patents
一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪及其测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪,包括一端开口的承压筒,承压筒体上开有进水孔,其中承压筒底面中部还开有观察孔,承压筒口部设有承压环,承压环与承压筒内壁设有密封装置,承压环顶面设有千斤顶。本发明可以根据混凝土实际所受水压情况任意改变水压的大小,对于测试混凝土在特定水压和轴压条件下的渗透性能尤为适用,特别对于高性能、低渗透性的混凝土可以不受水压和时间的限制,测试混凝土的长期抗渗性能,也可以根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的方法计算抗渗标号或根据《水工混凝土试验规程》规定的方法计算渗透系数,并与同类方法测试的其它高性能混凝土渗透性进行对比。
Description
技术领域
本发明属于冻结法凿井工程中井壁高性能混凝土耐久性及其它高性能混凝土材料耐久性技术领域,具体涉及一种单轴压应力下混凝土本体或混凝土与其他介质粘结面渗透性能测试仪及测试方法。
背景技术
我国的混凝土渗透性标准主要就是采用水来评价混凝土的渗透性,即“抗渗标号法”、“渗透系数法”和“渗水高度法”。
《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)中规定:试验从0.1MPa开始,每隔8h增加0.1MPa水压,直到6个试件中有3个端面渗水。停止试验,记录水压并以式S=10H-1计算抗渗标号。
《水工混凝土试验规程》(DL/T5150-2001)采用一次加压法,一次加压0.8~1.2MPa恒压24h后劈开试件,测算平均渗水高度,并以下式计算渗透系数。
式中,K-渗透系数/cm/h;Dm-渗透深度/cm;T-加压时间/h;H-水压力,以水柱高度表示/cm;a-混凝土的吸水率,一般为0.03。
渗水高度法就是一次加到1.2MPa水压,恒压24h,劈开试件,量算平均渗水高度,以渗透高度及渗透深度差别来评价抗渗性能的差异。
传统的水压力试验还有稳定流动法和渗透深度法,稳定流动法应用达西定律测量压力液体流过混凝土的流量、流速,适合于具有较高渗透性的混凝土。
渗透深度法测量压力液体穿透混凝土的深度,然后计算混凝土相对渗透系数,也适用于研究具有高渗透性的混凝土。
用常规的水压法测量混凝土的渗透性是一种比较符合实际的测量方法,但也存在一些问题,比如试验周期长、费时费力,以及测量不够精确等。另外,由于水泥的继续水化、物质的迁移、毛细管结构的改变等不确定因素,使得用水作为渗透介质的混凝土渗透过程难以达到稳态,因此用水来测定混凝土的渗透系数难以测得准确。并且随着混凝土外加剂的发展,混凝土的水灰比越来越小,混凝土的密实性越来越高,导致水压法测量混凝土的渗透性出现水压不够或者渗透深度小等问题,因此,用电法测量混凝土的渗透性就表现出优越性。
Tang和Nilsson曾用30V电压下8小时混凝土氯离子渗透深度来描述混凝土的抗渗性能;Feldman等人用电阻率和电导率来评价混凝土的渗透性;清华大学路新瀛错误!未找到引用源。等曾用饱水电导率测定混凝土的渗透性,还提出了绝缘电阻和极限电压法;P.E.Streiche等人用高浓度盐溶液饱和的电导法,测定混凝土电导率来评价混凝土的渗透性;赵铁军等曾采用1V电压、1KHz频率的交流电测试混凝土的渗透性;同济大学的史美伦等采用交流阻抗法测定混凝土的氯离子渗透性。
但是,使用电法测量尚存在一定的问题,比如,Tang和Nilsson的试件必须标准养护至预定龄期后真空饱水,对于抗渗性特别好的混凝土实现起来就比较困难,同样,抗渗性特别好的混凝土在试验过程中温度的升高会引起试验值大幅增加,试验结果直接受孔溶液中离子成分的影响等;另外,直流电量法测定的周期太长,氯离子在切面的浓度很大程度上受到原材料的成份影响,温升引起的测量值偏大;交流电参数法测量受混凝土本身化学成分及外加剂的掺入尤其是外加剂中的氯盐和钠盐影响较大。为此研究者们把兴趣转移到采用气体来测定混凝土的渗透系数上来。
用气体开展混凝土渗透性的研究比较多,常用的气体有CO2、O2、N2等。Martialay(1987)、Basheer et al.(1992)和Torrent(1992)采用空气作为渗透介质测试混凝土的渗透性;Bamforth(1987)、Martin(1986)和Mina(1991)采用N2作为渗透介质;1982年Hanaor用液氮、1978年chou Chen和Katz用甲烷、Watson和Oyeka(1981)年用油来测量混凝土的渗透性。刘嘉璐根据前人的测试方法自行设计了一套既适合液体渗透又适合气体渗透的试验装置,并用H2O、CO2和O2作为介质测试了混凝土的渗透性。气体渗透法适合在现场测试,国内使用比较少。
以上文献所述的混凝土渗透性测试方法都是针对渗透性能相对较高的混凝土,对于渗透性能较低的高性能混凝土则由于水压太小、渗水高度太小而不尽合理,且它们都是定量或定性的、直接或间接的测试出了混凝土渗透性,没有从动态上表征介质在混凝土内的流动过程,没有从机理上分析介质在混凝土内部的流动跟哪些因素有关,而水在混凝土内部或其它介质与混凝土胶结面上的运动不同于水在一般的粗砂砾石中的运动,而类似于水在一般粘土中的渗透,它只有在较大的水力坡降作用下突破结合水的堵塞才开始发生渗流,所以存在一个起始坡降问题。在开始渗透时,由于有效过水断面的变动,而不符合达西线性阻力定律,直到最后的渗透断面形成为止,才按照达西定律形成直线变化。尽管用氯离子或气体渗透试验法来测量混凝土的渗透性表现出了很大的优越性,但是不能取代用水作介质来评价混凝土的渗透性,因为影响氯离子和气体渗透性试验数据的因素是多方面的,还有待进一步完善,同时在混凝土发生裂缝的情况下,通电是不适用的,但水压法却表现出不可替代的优越性。
另外,无论采用何种方式研究混凝土的渗透性,以往的大部分学者都是研究混凝土在不受应力条件下的渗透性。近年来陆续有学者开始研究应力对混凝土抗渗性能的影响,大部分都把重点放在由于应力而产生的裂缝对抗渗性的影响上,即先通过一定的方法获得裂缝,卸载后进行渗透试验,但卸载后裂缝会部分闭合,而且在持续荷载作用下裂缝会不断产生并扩展,其状态与卸载后再试验有所不同。因此,有极少数学者利用压力试验机或专门设计的液压伺服设备进行压荷载下混凝土的渗透性试验,但此类机械保持压力的时间有限,并且受断电等因素的影响比较大,所以这方面试验大多数针对空气或者氯离子渗透这些短时间内能完成的试验进行,即便是水渗透试验往往也只持续数小时就结束。但是,众所周知水在混凝土等水泥基材料中的渗透是一个变化的过程,随着渗透时间的增加渗透性会发生变化,所以水的渗透试验通常需要持续较长时间;混凝土作为一种建筑结构材料,必须工作于某种荷载作用的状态,现有的规范规定的测试仪器只能测试混凝土在无应力状态下的渗透性能,而且用于渗透的水压小,对于高性能、低渗透性能的混凝土,其测试方法存在误差较大的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能测试高性能混凝土在单轴应力作用下的渗透性能、获得混凝土渗透性能与轴向压应力以及水压的关系,还可以从动态上测量出水在混凝土与其它介质粘结面内的运动过程与时间、水压以及轴向压力关系的混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪及其测试方法。
本发明采用的技术方案是:一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪,包括一端开口的承压筒,承压筒体上开有进水孔,其中承压筒底面中部还开有观察孔,承压筒口部设有承压环,承压环与承压筒内壁设有密封装置,承压环顶面设有千斤顶。
所述承压筒口部设有法兰,法兰上穿有多根螺栓,螺栓上部连接环形钢板,所述千斤顶位于该环形钢板与承压环之间,所述千斤顶端面设有荷重传感器。
所述螺栓为多根对称布置的高强螺杆,螺母与螺杆配合处套有弹簧垫。
所述进水孔位于承压筒侧壁,所述观察孔位于承压筒底面中心。
使用上述混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪进行的混凝土渗透性测试方法,包括如下步骤:
a、在浇注混凝土前,先将与混凝土粘结的金属、塑料或纤维材料做成扁圆环柱体,在扁圆环柱体的表面沿圆环的径向布置一些测点孔;
b、测点及引线均采用漆包线;将漆包线插入测点孔中并外露,测点的引线均从扁圆环柱体内部通过混凝土圆筒的中部孔引出;封闭测点孔及引线出孔,并注意保持测点与扁圆环柱体介质之间绝缘;
c、在正式浇注混凝土前要用万用表对测点和扁圆环柱体介质之间的绝缘性进行检查,检查确保无误后即可浇注混凝土;
d、用模板将混凝土或混凝土与扁圆环柱体介质的粘结体做成指定内、外径和指定高度的圆筒状,待达到指定的龄期后脱模;
e、浇注时要尽量保持圆筒的两个轴面平行,以防密封不严实;如果浇注不平行可以使用切割装置或打磨装置将圆筒状混凝土切割或打磨到两个轴面平行;
f、将装置安装到相对水平的位置,将筒状混凝土安装到承压筒中,加上承压环,并安装千斤顶和压力传感器,最后安装环形钢板,并使用水平尺尽量使环形钢板和装置底面保持水平;
g、安装装置的螺母,并采用弹簧垫圈以便调节环形钢板的水平状态;
h、连接水压传感器、供压水泵和电阻测试仪器;
i、摇动千斤顶,加压到指定的轴向压力。可以通过改变螺杆的直径、根数和强度以及千斤顶的荷载来改变试件的轴向受力;
j、开动水泵,供水到指定的水压,开始测试;
k、根据测试数据计算渗透系数和抗渗标号。
所述步骤a中扁圆环柱体与混凝土试块相结合的表面均布置有测点;所述步骤b中测点及引线均采用直径1mm以下的漆包线,采用JC-311型胶粘剂封闭测点孔及引线出孔;所述步骤d中浇筑混凝土的模板采用PVC管或自制的便于拆模的模板,扁圆环柱体粘结在圆筒中部或粘结在上下两端;步骤k中对于不同配方混凝土抗渗性能,可以计算抗渗标号后进行比较,也可将其剖开,量测渗水高度,计算渗透系数后再作比较。
本发明可以根据混凝土实际所受水压情况任意改变水压的大小,对于测试混凝土在特定水压和轴压条件下的渗透性能尤为适用!特别对于高性能、低渗透性的混凝土可以不受水压和时间的限制,测试混凝土的长期抗渗性能,也可以根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的方法计算抗渗标号或根据《水工混凝土试验规程》规定的方法计算渗透系数,并与同类方法测试的其它高性能混凝土渗透性进行对比。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2所示为图1的俯视图;
图3所示为图1中承压筒的结构示意图;
图4所示为图3的俯视图;
图5所示为图3中C处局部放大图;
图6所示为图1中承压环的结构示意图
图7所示为图6中A处局部放大图;
图8所示为图6中B处局部放大图;
图9所示为本发明中与混凝土粘结的扁圆环柱体测点布置图;
图10所示为图9中A-A截面剖视图;
图11所示为图9中B-B截面旋转90°剖视图。
具体实施方式
如图1、2所示,本混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪包括一端开口的承压筒1,承压筒1口部设有承压环6,承压环6与承压筒1内壁设有密封槽12,密封槽12内配有密封圈。承压筒1口部设有法兰15,法兰15上穿有螺栓8,螺栓8为对称布置的高强螺杆,螺母与螺杆配合处套有弹簧垫11。螺栓上部连接环形钢板10,环形钢板10与承压环6之间设有千斤顶9,千斤顶9端面设有荷重传感器7。
如图3、4、5所示,承压筒1为一端开口的圆筒形状,口部设有法兰15,法兰15上对称设有十二个螺栓孔用于穿装螺杆,承压筒体1侧壁上开有进水孔13,承压筒1底面中心开有观察孔14,承压筒1底面内部设有轴向密封圈槽2。如图6、7、8所示,承压环6为一块圆形钢板,中心位置开有和图3所示承压筒1底面中心相同的观察孔14,轴向外沿开有排气孔5;承压环6侧壁开有两道径向密封圈槽12,位于承压筒1内侧一面开有轴向密封圈槽2’。如图9、10、11所示,与混凝土4粘结的以金属、塑料或纤维材料做成的扁圆环柱体3的中心位置开有和图3所示承压筒1底面中心相同的观察孔14,扁圆环柱体3内部径向设有四个孔道17,沿圆周方向均匀布置,在扁圆环柱体3的表面沿四个孔道17的径向布置一些测点孔16。处于试块中部的扁圆环柱体3可以在上下两表面均布置测点孔16,处于上端部的在下表面布置测点孔16,处于下端部的在上表面布置测点孔16。
使用本混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪进行混凝土渗透性测试按下述步骤操作。
a、在浇注混凝土前先将与混凝土粘结的其它介质(金属、塑料或纤维材料)做成具有一定厚度的扁圆环柱体3,在扁圆环柱体3表面(可以在上下表面均布置测点也可以只在一个表面布置测点)沿圆环的径向布置一些测点孔16(见图9);
b、测点及引线均可以采用直径1mm以下的漆包线;将漆包线插入测点孔16中,并外露1mm左右,测点的引线均从扁圆环柱体3内部孔道17通过混凝土4圆筒的中部观察孔14引出;采用JC-311型胶粘剂封闭测点孔16及引线出孔,并注意保持测点与扁圆环柱体3之间绝缘;
c、在正式浇注混凝土4前要用万用表对测点和扁圆环柱体3之间的绝缘性进行检查,检查确保无误后即可浇注混凝土;
d、采用PVC管(便于拆模,拆模时可直接将PVC管切开)或其它自制的模板将混凝土4或混凝土与扁圆环柱体3的粘结体做成指定内、外径的和指定高度的圆筒状(其它介质改成扁圆环柱体3可以粘结在圆筒中部也可以粘结在上下两端),待达到指定的龄期后脱模;
e、浇注时要尽量保持圆筒的两个轴面平行,以防密封不严实;如果浇注不平行可以使用切割装置或打磨装置将圆筒状混凝土4切割或打磨到两个轴面平行;
f、将本装置安装到相对水平的位置,将筒状混凝土4安装到装置中,加上承压环6,并安装千斤顶9和压力传感器7,最后安装环形钢板10,并使用水平尺尽量使环形钢板10和装置底面尽量保持水平;
g、安装装置的螺母,并采用弹簧垫圈11。调节环形钢板的水平状态;
h、连接水压传感器、供压水泵和电阻测试仪器;
i、摇动千斤顶9,加压到指定的轴向压力,可以通过改变螺杆8的直径、根数和强度以及千斤顶9的荷载来改变试件的轴向受力;
j、开动水泵,供水到指定的水压,开始测试;
k、通过测试最外面测点与内部测点之间的电阻来判断水头位置(水一旦连接两个测点,则两点之间的电阻会急剧下降),这样就可以动态测量水头位置和到达某个位置的时间,然后根据式(1)计算渗透系数,即可对不同轴压、不同粘结介质和不同水压条件下的渗透系数做定性的比较,也可以根据式(2)计算抗渗标号后进行比较。
S=10H-1 (2)
式中,K-渗透系数/cm/h;Dm-渗透深度/cm;T-加压时间/h;H-水压力,以水柱高度表示/cm;a-混凝土的吸水率,一般为0.03。
对于不同配方混凝土抗渗性能,可以根据式(2)计算抗渗标号后进行比较,也可将混凝土试样4剖开,量测渗水高度,根据式(1)计算渗透系数后再作比较。
Claims (3)
1.一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪,其特征是:包括一端开口的承压筒,承压筒体上开有进水孔,其中承压筒底面中部还开有观察孔,承压筒口部设有承压环,承压环与承压筒内壁设有密封装置,承压环顶面设有千斤顶,所述承压筒口部设有法兰,法兰上穿有多根螺栓,螺栓上部连接环形钢板,所述千斤顶位于该环形钢板与承压环之间,所述千斤顶端面设有荷重传感器,承压环为一块圆形钢板,中心位置开有和承压筒底面中心相同的观察孔,轴向外沿开有排气孔,混凝土体及与混凝土粘结的以金属、塑料或纤维材料做成的扁圆环柱体的中心位置开有和承压筒底面中心相同的观察孔。
2.如权利要求1所述的一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪,其特征是:所述螺栓为多根对称布置的高强螺杆,螺母与螺杆配合处套有弹簧垫。
3.如权利要求1或2所述的一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪,其特征是:所述进水孔位于承压筒侧壁,所述观察孔位于承压筒底面中心。
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